Energiewende in Deutschland und Europa: Flexibilitätsoptionen für den zeitlichen und räumlichen Ausgleich von Strombedarf und Stromerzeugung

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1 Energiewende in Deutschland und Europa: Flexibilitätsoptionen für den zeitlichen und räumlichen Ausgleich von Strombedarf und Stromerzeugung Yvonne Scholz Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Stuttgarter EnergieSpeicherSymposium

2 Folie 2 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Strombedarf und -erzeugung in Deutschland Sommerwoche 2014

3 Folie 3 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Strombedarf und -erzeugung in Deutschland Januar 2015

4 Folie 4 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Inhalt 1) Lastausgleich im Energiesystemmodell REMix 2) Lastausgleich in Europa bei unterschiedlichen EE-Anteilen 3) Versorgungsaufgabe in Deutschland 4) Lastausgleich in ausgewählten Szenarien in Deutschland 5) Zusammenfassung

5 Folie 5 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa REMix (Renewable Energy Mix for Sustainable Energy Supply) Energy Data Analysis Tool EnDAT Stündliche Profile der EE-Einspeisung, sowie des Strom- und Wärmebedarfs Energy System Optimization Model OptiMo Räumlich und zeitlich aufgelöste kostenminimale Versorgung Übertragungsnetz EE Potenziale Strombedarf Wärmebedarf Bedarfsprofile Stromund Wärme- Erzeugung Installierte Leistungen, Bedarf, Versorgung, Übertragung, Ausgleich Speicher, Lastmanagement und Elektromobilität

6 Folie 6 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Europa (Einsatz von REMix für das EU-Projekt ADVANCE ) Abhängig von definiertem Anteil und Zusammensetzung fluktuierender EE: 1) Wie viel Speicher, Übertragungsund konventionelle Erzeugungsleistung wird in Europa eingesetzt? 2) Wie viel Strom wird erzeugt, gespeichert und übertragen? 3) Wie hoch sind Abregelungen und Verluste durch Speicherung und Übertragung?

7 Folie 7 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Europa: Annahmen (REMix Parametrisierung für das EU-Projekt ADVANCE ) Strombedarf: 3645 TWh/a Potenziale fluktuierender erneuerbarer Energien - Wind Onshore (max TW) - Wind Offshore (max TW) - Photovoltaik (max TW) - Concentrating solar power (CSP, max. ~ 0.18 TW el bei Solar Multiple 3) Kapazitäten und Potenziale regelbarer erneuerbarer Energien - Laufwasserkraft (0.131 TW) - Speicherwasserkraft (0.062 TW) - Biomasse (max TWh chem /a) - Geothermie (max TWh th /a)

8 Folie 8 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Europa: Annahmen (REMix Parametrisierung für das EU-Projekt ADVANCE ) Optionale konventionelle Leistung - Kernkraftwerke - Kohlekraftwerke mit / ohne CCS - GuD mit / ohne CCS - Gasturbinen mit / ohne CCS Netzausbau - HGÜ-Leitungen erlaubt als Verbindung zwischen Nachbarregionen mit Durchleitung Speicher (als Platzhalter für weitere Ausgleichsoptionen) - Pumpspeicherkraftwerke: Speicherkapazität festgelegt (266 GWh), Konverterleistung wählbar (38 GW max.) - Redox-Flow-Batterien (E2P = 4, 7, 24 h) - Wasserstoffspeicher (E2P = 100, 400, 800 h)

9 Folie 9 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Europa: Ergebnisse (REMix Ergebnisse für das EU-Projekt ADVANCE ) Ergebnisse noch nicht veröffentlich: Abbildungen werden nach Veröffentlichung eingefügt.

10 Folie 10 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Europa: Zusammenfassung (REMix Ergebnisse für das EU-Projekt ADVANCE ) - CSP wird in Europa an guten Standorten voll ausgeschöpft Importe aus Nordafrika voraussichtlich vielversprechend - Bedarf an konventioneller Kraftwerkskapazität bei PV- und Windenergie-dominierten Systemen beinahe identisch - Netzausbau steigt mit dem Anteil fluktuierender EE, deutlich stärker bei Wind-dominierten Systemen - Geringster Speichereinsatz bei PV-Stromerzeugung von 10-20% - Einsatz von Pumpspeichern und Batterien vorwiegend bei hohen Anteilen PV-Stromerzeugung - Langzeitspeicher nur in Windenergie-dominierten Systemen bei hohen CO 2 -Zertifikatskosten - Speicherverluste unter 3%, Übertragungsverluste unter 2%, sogar bei rechnerischer Überdeckung des Strombedarfs mit fluktuierenden EE

11 Folie 11 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastmanagement als Alternative zur Speicherung Michael Hogan, 2015: Demand Management Options to Support VRE Grid Integration. Presentation at the ADVANCE workshop Innovation in relation to building energy demand in IAMs, Utrecht,

12 Folie 12 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa BMWi-Projekt Lastausgleich : Untersuchungsgebiet UK_IE Nordel Denmark_W BeNe Lux Germany PolCzeSlk France Switz- Aly Austria Iberia MorAlgTun

13 Folie 13 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa BMWi-Projekt Lastausgleich : Szenarien Basisszenario Szenario H2 Szenario Import Ohne Solarstromimport, mehr regionale EE Ohne Solarstromimport, mehr regionale EE Mit Solarstromimport Kons Netz Kons Netz Kons Netz Opt Netz Kons Netz Opt Netz Opt Netz

14 Folie 14 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa BMWi-Projekt Lastausgleich : Basisszenario

15 Folie 15 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa BMWi-Projekt Lastausgleich : Basisszenario

16 Folie 16 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Lastausgleich in Deutschland: Zusammenfassung (BMWi-Projekt Möglichkeiten und Grenzen des Lastausgleichs ) - Langzeitspeicher im Jahr 2050 nur bei reduziertem Netzausbau - Flexible Wärmeerzeugung, Lastmanagement und Netzausbau reduzieren die Abregelungen im Jahr 2050 von 50 TWh auf TWh - Angepasster Netzausbau - reduziert die Abregelungen am stärksten - verhindert den Ausbau von Langzeitspeichern - verringert den Einsatz von Lastmanagement und flexibler KWK - Ausbau von Gasturbinen bei angepassten Netzausbau erhöht, wenn dadurch Ausbau von Speichern verringert / verhindert werden kann - DC-Netzausbau kann zu verringerter Auslastung des AC-Netzes führen - Lastmanagement vorwiegend zur Integration von PV

17 Folie 17 Dr. Yvonne Scholz Flexibilitätsoption in Deutschland und Europa Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Agorameter : Michael Hogan, 2015: Demand Management Options to Support VRE Grid Integration. Presentation at the ADVANCE workshop Innovation in relation to building energy demand in IAMs, Utrecht, Scholz, Y, et al. 2013: Möglichkeiten und Grenzen des Lastausgleichs durch Energiespeicher, verschiebbare Lasten und stromgeführte KWK bei hohem Anteil fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung